(Phys.org) —Kleurrijke LED's gemaakt van een materiaal dat bekend staat als perovskiet, kunnen leiden tot LED-displays die in de toekomst zowel goedkoper als gemakkelijker te produceren zijn.

Een hybride vorm van perovskiet - hetzelfde type materiaal waarvan onlangs is ontdekt dat het zeer efficiënte zonnecellen maakt die ooit silicium zouden kunnen vervangen - is gebruikt om goedkope, gemakkelijk vervaardigde LED's, mogelijk in de toekomst een breed scala aan commerciële toepassingen ontsluiten, zoals flexibele kleurendisplays.

Deze specifieke klasse van halfgeleidende perovskieten heeft de afgelopen jaren voor opwinding gezorgd in het zonnecelveld, nadat de groep van professor Henry Snaith aan de Universiteit van Oxford ontdekte dat ze opmerkelijk efficiënt waren in het omzetten van licht in elektriciteit. In slechts twee korte jaren, op perovskiet gebaseerde zonnecellen hebben een efficiëntie van bijna 20% bereikt, een niveau dat conventionele op silicium gebaseerde zonnecellen 20 jaar kostte om te bereiken.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Cambridge, Universiteit van Oxford en de Ludwig-Maximilians-Universität in München hebben een nieuwe toepassing voor perovskietmaterialen gedemonstreerd, ze gebruiken om LED's met hoge helderheid te maken. De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Perovskiet is een algemene term die wordt gebruikt om een ​​groep materialen te beschrijven met een kenmerkende kristalstructuur van kubus- en diamantvormen. Ze zijn al lang interessant vanwege hun supergeleidende en ferro-elektrische eigenschappen. Maar in de afgelopen jaren, hun efficiëntie bij het omzetten van licht in elektrische energie heeft een breed scala aan potentiële toepassingen geopend.

De perovskieten die werden gebruikt om de LED's te maken, staan ​​bekend als organometaalhalogenide perovskieten, en bevatten een mengsel van lood, op koolstof gebaseerde ionen en halogeenionen bekend als halogeniden. Deze materialen lossen goed op in gangbare oplosmiddelen, en assembleren om perovskietkristallen te vormen wanneer ze gedroogd zijn, waardoor ze goedkoop en eenvoudig te maken zijn.

"Deze organometaalhalogenide-perovskieten zijn opmerkelijke halfgeleiders, " zei Zhi-Kuang Tan, een promovendus aan het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge en de hoofdauteur van het artikel. "We hebben de diodestructuur ontworpen om elektrische ladingen op te sluiten in een zeer dunne laag van de perovskiet, die de voorwaarden schept voor het proces van het vastleggen van elektronen in het gat om lichtemissie te produceren."

De perovskiet-LED's worden gemaakt met behulp van een eenvoudig en schaalbaar proces waarbij een perovskietoplossing wordt bereid en spin-coating op het substraat. Dit proces vereist geen verwarmingsstappen op hoge temperatuur of een hoog vacuüm, en is daarom goedkoop op grote schaal te produceren. In tegenstelling tot, conventionele methoden voor het vervaardigen van LED's maken de kosten onbetaalbaar voor veel displaytoepassingen met een groot oppervlak.

"De grote verrassing voor de halfgeleidergemeenschap is om te ontdekken dat dergelijke eenvoudige procesmethoden nog steeds zeer schone halfgeleidereigenschappen produceren, zonder de noodzaak van de complexe zuiveringsprocedures die nodig zijn voor traditionele halfgeleiders zoals silicium, " zei professor Sir Richard Friend van het Cavendish Laboratory, die dit programma in Cambridge heeft geleid.

"Het is opmerkelijk dat dit materiaal gemakkelijk kan worden afgestemd om licht in verschillende kleuren uit te stralen, waardoor het uitermate geschikt is voor kleurenschermen, verlichting en optische communicatie toepassingen, "zei Tan. "Deze technologie kan van grote waarde zijn voor de immer groeiende flat-panel display-industrie."

Het team wil nu de efficiëntie van de LED's verhogen en ze gebruiken voor diodelasers, die worden gebruikt in een reeks van wetenschappelijke, medische en industriële toepassingen, zoals materiaalverwerking en medische apparatuur. De eerste commercieel verkrijgbare led op basis van perovskiet zou binnen vijf jaar beschikbaar kunnen zijn.